本发明涉及一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料及其制备方法，具体地说，涉及一种(y0.2yb0.2ho0.2er0.2tm0.2)2hf2o7高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料及其制备方法，属于高熵材料。
背景技术：
1、热防护涂层材料广泛应用于航空发动机叶片以及燃气轮机高温合金部件的防护，保护核心金属部件免受高温氧化、燃气冲刷、腐蚀等恶劣服役环境的影响。随着航空发动机等关键装备服役温度的进一步提高，现役规模使用的热防护涂层材料存在高温下相变、热膨胀系数与合金基底不匹配等问题，为解决这一问题，研究人员积极开发能满足能适应发展需求的新型热防护涂层材料。
2、稀土铪酸盐re2hf2o7(re代表稀土元素)具有高熔点、高温相稳定等优良特性，是目前极具应用潜力的热防护涂层材料体系之一。re2hf2o7为a2b2o7型稀土氧化物，通常有两种晶体结构。当a位稀土离子半径与b位铪离子半径之比为1.46～1.78，晶体结构为氧空位排列有序的焦绿石型结构；当a位稀土离子半径与b位铪离子半径之比＜1.46，晶体结构为氧空位排列无序的缺陷萤石型结构。稀土铪酸盐中氧空位排列状况直接关系到晶体结合能即晶格能的大小，进而对高温结构和热膨胀系数造成直接影响。因此，探索稀土铪酸盐中离子种类变化引起的晶体结构差异与热性能之间的相关性，为提升稀土铪酸盐的热性能提供了一种新的方法。
3、高熵稀土铪酸盐具有高温下结构稳定且热膨胀系数较高等特点，原子半径差异造成的晶体结构及热性能改变受到了广泛关注。目前，关于(la0.2ce0.2pr0.2sm0.2eu0.2)2hf2o7、(y0.25yb0.25er0.25lu0.25)2(zr0.5hf0.5)2o7等高熵稀土铪酸盐的研究表明氧空位无序增大晶格畸变进而增强晶格的非谐振动，从而降低导热系数，但热膨胀系数低，热膨胀曲线不平稳，影响热防护涂层材料的使用寿命，不能高效的解决热膨胀系数与基体匹配的根本问题。
技术实现思路
1、为克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料及其制备方法。本发明通过对铪酸盐陶瓷的高熵化处理，引入不同种类的稀土阳离子形成缺陷萤石结构的单相固溶体，晶格中不同原子的尺寸不同造成原子占位偏差，引起的晶格畸变效应可增加声子散射，从而降低热导率，同时由于缺陷萤石结构中氧原子空位无序排列导致晶体结合能的降低，材料晶格能越低热膨胀系数越高，因此，所述瓷涂层材料呈现出很低的热导率和较高的热膨胀系数。
2、为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
3、一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料，所述涂层材料的物相组成为(y0.2yb0.2ho0.2er0.2tm0.2)2hf2o7。
4、一种本发明所述的高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，所述制备方法通过固相烧结工艺将钇(y)的氧化物、镱(yb)的氧化物、钬(ho)的氧化物、铒(er)的氧化物、铥(tm)的氧化物以及铪(hf)的氧化物的粉体混合均匀后进行合金化，制备得到所述涂层材料，具体制备方法步骤如下：
5、(1)按照所述涂层材料的物相组成，采用化学计量比称取各个原料粉体，采用湿法球磨混合均匀，形成浆料；
6、步骤(1)中：
7、所述原料粉体为y的氧化物、yb的氧化物、ho的氧化物、er的氧化物、tm的氧化物和hf的氧化物。
8、优选y的氧化物、yb的氧化物、ho的氧化物、er的氧化物和tm的氧化物的纯度≥99.5％，hf的氧化物的纯度≥99％。
9、优选y的氧化物、yb的氧化物、ho的氧化物、er的氧化物和tm的氧化物的体的粒径均≤5μm，hf的氧化物的粉体粒径≤10μm。
10、优选所述球磨的磨球与原料粉体的质量比为5:1。
11、优选所述球磨的球磨介质为无水乙醇。
12、优选所述球磨的球磨转速为200r/min～400r/min，球磨时间为10h～20h。
13、(2)将步骤(1)制得的浆料干燥得到粉体，将粉体升温至1200～1600℃恒温煅烧2h～10h，制备得到本发明所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料。
14、步骤(2)中：
15、优选采用旋转蒸发进行干燥。
16、优选浆料干燥后进行研磨，过筛，得到过筛后的粉体，再升温煅烧。
17、优选将粉体以5℃/min～10℃/min的速率升温至1200℃～1600℃。
18、一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层，所述涂层采用本发明所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料作为喷涂原料，采用等离子喷涂方法在高温镍基合金基底沉积制备得到。
19、有益效果
20、(1)本发明提供了一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料，所述涂层材料的物相组成为(y0.2yb0.2ho0.2er0.2tm0.2)2hf2o7，为单一相缺陷萤石结构；所述涂层材料热物理性能优异，高温相稳定，具有低热导率和高热膨胀系数，在关键高端装备热防护涂层领域具有广泛的应用场景。
21、(2)本发明提供了一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料，所述涂层材料的亚晶格中的每个阳离子位点被不同的金属原子包围，从而形成不同的键和晶格势能，提高了扩散激活能，阻碍原子迁移；这会极大减缓晶粒的生长从而增大高熵材料的高温相稳定性，解决高温相变问题；在经过1500℃高温热处理18小时后，平均晶粒尺寸从0.64μm长大了1.25μm(见实施例1)，所述涂层材料的高温稳定性极高。
22、(3)本发明提供了一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料，所述涂层材料通过引入不同种类的稀土阳离子形成缺陷萤石结构的单相固溶体，这五种稀土阳离子半径相近，高熵化没有改变其晶体结构，但晶格中原子占位偏差引起的晶格畸变效应可增加声子散射，从而降低热导率；所述涂层材料在1200℃测得平均热导率可达0.826w·m-1·k-1，低于目前多数热防护涂层材料。
23、(4)本发明提供了一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料，所述涂层材料为缺陷萤石结构，是具有高度对称性的面心立方结构，由于缺陷萤石结构中氧原子空位无序排列导致晶体结合能相对较低，晶格能越低热膨胀系数越高，因此高熵化后仍保持缺陷萤石结构的所述涂层材料具有较高的热膨胀系数，1200℃测得所述涂层材料的平均热膨胀系数可达12.6×10-6k-1，与高温镍基合金基底匹配。
24、(5)本发明提供了一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，所述制备方法中，步骤(1)中通过湿法球磨使得原料粉末充分均匀混合，可以使高温合成的高熵稀土铪酸盐陶瓷元素分布均匀，不会存在某一稀土元素团聚富集。
25、(6)本发明提供了一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，所述制备方法中，步骤(2)中在1200～1600℃下恒温煅烧2h～10h，如果不满足所述煅烧条件，制备得到的最终产物除本发明所述涂层材料外，还存在re2o3(re＝y、yb、ho、er、tm)以及hfo2等第二相，影响涂层材料的纯度，进而影响材料的热性能；
26、优选浆料干燥后进行研磨，过筛，得到过筛后的粉体，使得煅烧的粉体颗粒均匀，可以使所述涂层材料颗粒大小分布均匀，具有较好的颗粒形貌。
27、(7)本发明提供了一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层，所述涂层的涂层材料采用本发明所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料，适于在镍基高温合金基底使用；所述涂层热物理性能优异，高温相稳定，具有低热导率和高热膨胀系数，且热膨胀曲线平稳，涂层与基底匹配较好，在关键高端装备热防护涂层领域具有广泛的应用场景。
1.一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料，其特征在于：所述涂层材料的物相组成为(y0.2yb0.2ho0.2er0.2tm0.2)2hf2o7。
2.一种如权利要求1所述的高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：通过固相烧结工艺将钇的氧化物、镱的氧化物、钬的氧化物、铒的氧化物、铥的氧化物以及铪的氧化物的粉体混合均匀后进行合金化，制备得到所述涂层材料。
3.根据权利要求2所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，y的氧化物、yb的氧化物、ho的氧化物、er的氧化物和tm的氧化物的纯度≥99.5％，hf的氧化物的纯度≥99％；
5.根据权利要求3或4所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，球磨的磨球与原料粉体的质量比为5:1；球磨的球磨介质为无水乙醇；球磨的球磨转速为200r/min～400r/min，球磨时间为10h～20h。
6.根据权利要求3所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，采用旋转蒸发进行干燥；将粉体以5℃/min～10℃/min的速率升温至1200℃～1600℃恒温煅烧2h～10h。
7.根据权利要求3或6所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，浆料干燥后进行研磨，过筛，得到过筛后的粉体，再升温煅烧。
8.根据权利要求5所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，采用旋转蒸发进行干燥；浆料干燥后进行研磨，过筛，得到过筛后的粉体；将粉体以5℃/min～10℃/min的速率升温至1200℃～1600℃恒温煅烧2h～10h。
9.一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层，其特征在于：所述涂层采用如权利要求1所述的一种高熵稀土铪酸盐陶瓷涂层材料作为喷涂原料，采用等离子喷涂方法在高温镍基合金基底沉积制备得到。
